超限高层基于性能的抗震设计

超限高层基于性能的抗震设计要点内容◆理论背景◆基于性能抗震设计理论的提出◆基于性能抗震设计方法第一部分：理论背景

◆超限高层建筑工程指高度或规则性方面超过规范、规程适用范围的高层建筑工程。

◆须接受抗震设计专项审查：1）抗震安全性

2）预期的性能目标

◆引入基于性能的抗震设计方法必然性。

第一部分：理论背景基于性能的抗震设计

◆多级设防标准

1）生命安全；

2）控制地震造成的经济损失；

3）保证建筑使用功能的延续；…

◆控制结构或非结构构件在不同地震设防水准下的破坏程度,从而实现不同的性能水平。第一部分：理论背景

规范内容中国GB50011—2010《建筑抗震设计规范(简称抗规)JGJ3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》(简称《高规》)明确规定了地震动水准、性能目标、性能水准组合及计算方法等美国《高层建筑基于性能抗震设计指南》（简称peer-2010）集美国基于性能抗震设计研究的最新进展，目的是将其推广应用到新建复杂结构设计中第二部分：基于性能抗震设计理论的提出传统的抗震设计理论

◆以生命安全为单一的设防目标

◆只能保证罕遇地震下结构不倒塌,确保生命安全允许出现一定的破坏。

◆没有考虑到减少地震破坏造成的经济损失和对社会的影响第二部分：基于性能抗震设计理论的提出

随着经济水平的发展，业主对建筑的抗震性能水准提出新要求：

抗震设计能够既经济又可靠地保证建筑结构的功能在地震的作用下不致丧失乃至不受影响。

基于上述认识，美国工程界于20世纪90年代提出了基于性能的抗震设计理论。第三部分：基于性能抗震设计方法

是否选用基于性能的抗震设计方法否常规设计是合理选定抗震性能指标性能目标A性能目标B性能目标C性能目标D合理选定性能水准指标初步设计小震评估中震评估大震评估性能评估完成MinimumperformanceobjectivesEnhancedobjectivesServicelevelevaluationMaximumconsideredearthquakeevaluation中国规范peer-2010不满足预设性能目标不满足预设性能目标满足预设性能目标满足预设性能目标第三部分：基于性能抗震设计方法3.1抗震性能目标与性能水准组合性能目标应综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构特殊性、业主经济实力、震后损失和修复难度等因素。对所设计的建筑物在每一个设计地震动下所要求达到的性能水准的总和对所设计的建筑物在每一个设计地震动下所规定的最大容许破坏性能目标=∑(性能水准)3.1抗震性能目标与性能水准组合3.1抗震性能目标与性能水准组合Peer-2010：Minimumperformanceobjectives

Enhancedobjectives结构仅产生有限的损伤选择更低超越概率的地震动结构承受2/3倍“最大考虑地震”作用时不发生次生灾害选择更严格的性能可接受准则，如更小的侧向位移限值、更小的延性构件变形限值或者更大的构件安全裕量结构全倒塌或部分倒塌的概率不超过10%非结构构件的设计相当于高规的性能目标D限制残余变形使用新的耐损材料使用隔振减震系统3.1抗震性能目标与性能水准组合我国规范：明确划分性能目标，严格规定性能指标。Peer-2010：只对“minimumperformanceobjectives”作出限定；

更高要求的性能目标，只给出设计建议；

工程师有更多的选择空间，对工程师的要求更高。

3.2地震动选取及调整我国规范：◆频谱特性：常用双频段控制法方法从地震波库中选出与地震影响系数曲线符号的地震波◆有效持续时间：一般为结构基本周期的5~10倍◆有效峰值：调幅，将选出的地震波的加速度最大值调整到《抗规》表的值。◆至少3组地震动◆不考虑地震波在方向上的差异，在荷载输入时人为调整比例3.2地震动选取及调整Peer-2010：选波的过程就考虑调波1)确定对结构反应起控制作用的地震动特征（震级、震中距、场地类别（剪切波速）等）；

2)从地震波库选取；3)给出调幅系数范围，允许程序自由选择系数对所选地震动进行调幅，使之和目标反应谱的均方误差最少；4）至少7组地震波；5）所选地震波包含三个方向的完整信息

3.3地震动水准及分析方法

地震动水准分析方法我国规范多遇地震振型分解反应谱法或弹性时程分析设防烈度地震弹性或弹塑性时程分析罕遇地震弹塑性时程分析

peer-2010ServiceLevelEvaluation

反应谱分析或非线性动力时程分析(正常使用水准地震评估)MaximumConsideredEarthquakeShakingEvaluation非线性动力时程分析(最大考虑地震评估)3.4验收标准我国规范：◆具体结构构件：

1）保证承载力；

2）满足延性指标。◆整体指标：

层间位移角。3.4验收标准Peer-2010：“正常使用水准地震”

◆用反应谱分析时，需求能力比不能超过1.5；◆非线性反应时程分析，地震作用应小于期望强度；◆任意一层的层间位移角不得超过5%

3.4验收标准Peer-2010：“最大考虑地震”

◆结构构件：

1）承载力；

2）变形限值：混凝土，钢筋的应变限值；构件的转角限值◆结构整体：

1）层间位移：瞬时层间位移最大限值；残余层间位移限值。

2）承载力损失值：任一层由结构变形引起的层承载力损失不得超过20%.

3.5土-基础-结构共同作用的考虑我国规范没有明确规定如何考虑土-基础-结构共同作用的影响。Peer-2010：在“正常使用水准地震”作用下，将地基视作刚性，忽略土-基础相互作用。在“最大考虑地震”作用下，基础周围土体变形受基础影响较大，将地基视作柔性，建模时用弹簧模拟基础周围柔性土体。

第四部分：工程实例

4.1工程概况：

位于洛杉矶

C类场地

结构地上42层，底下4层

结构总高141.2m

中间为核心筒，外围为框架柱

在美国属于超限结构

4.三2抗震三性能三目标三选择三：4.三3地震三动选三择其平均三反应三谱与三目标反应谱在三双频段三控制三法选三择的地震动周期0.三5～10三s内吻合三很好，结三每条反三应谱在三控制三频段三内与构前6阶振型周三期的三平均三反应谱三目标谱三符合三很好，三但是在其值和目三标反三应谱三值基三本一致三他周期处则出现了三明显三偏差三。第四三部分三工三程实三例◆荷载与三地震三波输三入：三荷载三组合三；不三同方三向的三地震三波◆分三析方法：多遇三地震三、三设防三烈度三地震